بهینه سازی و مدل سازی تولید بیواتانول از کروب به وسیله زیموموناس موبیلیس در فرایند تخمیر حالت جامد
Abstract
افزایش مصرف انرژی در جهان سبب تلاش آدمی برای یافتن منابع تازه انرژی شده است. یکی از این منابع انرژی زیست اتانول است که یک منبع انرژی تجدیدپذیر و دوست دار محیط زیست است. از روش تخمیر حالت جامد با توجه به تولید پساب کمتر، استفاده از مواد اولیه ارزان و بی نیازی به فرآیند برون آوری قند، به عنوان یک روش مناسب برای تولید زیست اتانول می توان بهره برد. در این پژوهش برای نخستین بار تولید زیست اتانول از میوه گیاه کروب با به کارگیری باکتری زیموموناس موبیلیس در فرآیند تخمیر حالت جامد بررسی شده است. سبوس گندم نیز به عنوان پایه ای برای رشد در محیط کشت جامد به کار رفت. پس از تعیین عوامل موثر بر فرآیند (دما، ph، اندازه ذرات کروب، اندازه ذرات سبوس، رطوبت اولیه رشدمایه، غلظت محلول های پپتون و عصاره مخمر، میزان مایه تلقیح و زمان تخمیر) از طراحی پلاکت-برمن برای غربال گری عوامل استفاده شد. نتایج نشان داد که 5 عامل دما، اندازه ذرات کروب، غلظت محلول پپتون، میزان مایه تلقیح و زمان عوامل مهم هستند. رطوبت نیز در مقدار بیشینه خود (80%) ثابت فرض شد. در ادامه روش سطح پاسخ برای بهینه سازی شرایط فرآیند به کار رفت و دمای c°31، اندازه ذرات کروب mm1، غلظت محلول پپتون 7/0%، میزان مایه تلقیح 8 10×74/6 سلول بر گرم کروب و زمان 43 ساعت به عنوان شرایط بهینه فرآیند در درون ارلن شناسایی شد. در این شرایط بیشینه اتانول 0/3 گرم بر گرم قند اولیه تولید شد. در ادامه و در ستون بستر آکنده اثر عواملی چون دمای کاری ستون، اندازه ذرات کروب و اثر هوادهی به صورت پیوسته و متناوب بررسی شد. نتایج نشان داد که در دمای کاری c°28، اندازه ذرات mm1 و انجام هوادهی به صورت متناوب در 15 ساعت دوم تخمیر به مدت 15 دقیقه در هر ساعت بیش ترین میزان تولید اتانول به دست آمد. در این حالت بیشینه تولید اتانول 29/0 گرم بر گرم قند اولیه بود. همچنین مشخص شد انجام هوادهی به خروج 2co گیرافتاده در بستر کمک می کند. سنجش گاز 2co در درون زی واکنش گاه نیمه صنعتی زیموتیس نیز نشان داد که تنها هنگامی که هوادهی انجام می شود 2co از بستر بیرون می رود. در پایان مدل سازی تولید اتانول در فرآیند تخمیر حالت جامد بر اساس کاهش وزن خشک محیط کشت جامد انجام شد و از مدل های رشد نمایی و لجستیک استفاده شد که مدل توسعه داده شده، به ویژه مدل به دست آمده با کمک معادله رشد لجستیک، تطابق خوبی با داده های آزمایشگاهی داشت.